17. Трубопроводный транспорт твердых и сыпучих материалов

При больших устойчивых грузопотоках угля, руды, щебня, песка и других твердых и сыпучих материалов возникают затрудне­ния в их перевозке традиционными видами транспорта -автомобильным и железнодорожным. Поэтому в последние годы все шире осуществляется транспортировка этих грузов по трубопрово­дам.

К настоящему времени сформировалось три основных направления трубопроводного транспорта твердых и сыпучих мате­риалов: пневмотранспорт, контейнерный (в том числе капсульный) транспорт и гидротранспорт.

17.1. Пневмотранспорт

Пневмотранспорт предназначен главным образом для достав­ки сыпучих материалов, увлажнение которых нежелательно или недопустимо (пепел, зола, цемент, мука и др.). Сущность его состоит в том, что частицы транспортируемой среди находятся во взвешен­ном состоянии и переносятся в потоке воздуха.

Перемещение по трубопроводам сыпучих или пылевидных грузов в смеси с газом ограничено характером, размерами и массой перемещаемых частиц, применяется при небольших расстояниях транспортирования (операции погрузки-выгрузки), связано с повы­шенным износом труб и значительными энергозатратами.

17.2. Контейнерный транспорт

В данном случае твердые материалы транспортируются в капсулах или контейнерах, перемещающихся внутри трубопровода в потоке жидкости или воздуха. Соответственно различают контейнер­ный гидро- и пневмотранспорт. Контейнерный транспорт эффективен тогда, когда транспортируемый материал состоит из крупных фрак­ций и частиц, либо когда его увлажнение нежелательно. Достоинством данной технологии перекачки является то, что грузы не требуют специ­альной обработки (измельчения, осушки и т.д.), не происходит загрязнения несущей среды транспортируемым материалом и, наобо­рот, грузов несущей средой.

В Канадском научно-исследовательском центре для осуществления контейнерного гидротранспорта (КГТ) были предло-

жены капсулы жесткой конструкции, в которых можно транспорти­ровать различные грузы в потоке перекачиваемой нефти. Однако такие капсулы можно применять лишь на трубопроводах, не имеющих уча­стков с меньшим внутренним диаметром, крутых поворотов, неполнопроходной арматуры и других элементов, характерных для трубопроводных магистралей.

Для транспортировки различных грузов по существующим ма­гистральным трубопроводам более целесообразно использовать эластичные оболочки-контейнеры из резиновых, резино-тканевых и различных синтетических материалов. Такие оболочки, в отличие от жестких капсул, которые обязательно надо возвращать к началу тру­бопровода, могут предназначаться для одноразового использования.

СКВ «Транснефтеавтоматика» предложило использовать для КГТ полиэтиленовые оболочки-контейнеры. Применительно к транс­портировке битума система КГТ выглядит следующим образом.

На нефтеперерабатывающем заводе сооружается автоматичес­кая линия для изготовления оболочек-контейнеров и затаривания их битумом. Загруженные оболочки-контейнеры подаются по канатной дороге, пневмопроводу и т.п. к специальному узлу, через который они партиями вводятся в действующий нефтепродуктопровод. Для пропуска партий оболочек-контейнеров через промежуточные насос­ные станции без их остановки предусмотрена специальная технологическая обвязка с системой автоматического управления за­порной арматурой, аналогичная обвязкам, используемым для пропуска мимо станций скребков и разделителей.

Узел приема оболочек-контейнеров в конце нефтепродуктопровода предусматривает раздельный прием несущего нефтепродукта в резервуарный парк и непрерывное поступление и очистку оболо­чек-контейнеров от несущего нефтепродукта.

Вопрос об освобождении от битума и дальнейшей судьбе оболочек-контейнеров решен просто - битум расплавляется вместе с полиэтиленовой оболочкой-контейнером. Качество битума от этого не только не страдает, а, наоборот, улучшается: повышается его вяз­кость и температура размягчения.

Успешно прошла испытания и технология контейнерного транспорта подсолнечного масла по бензопроводу. Предварительно расфасованное в полихлоридвиниловые бутылки масло загружалось в контейнеры, которые, благодаря своей конструкции, были разгру­жены от давления в трубопроводе и выполняли лишь функции защиты бутылок от истирания. Контроль качества продукта в конце трубо­провода показал, что полимерные бутылки надежно изолировали растительное масло от несущей жидкости.

442

443

В дальнейшем предполагается организовать транспортиров­ку таким образом нефтяных масел, смазок и моющих жидкостей в мелкой расфасовке.

Существенное развитие получил контейнерный пневмотран­спорт (КПТ).

Почти 200 лет назад перепад давления воздуха использовали для доставки по трубам конторских документов и почтовых отправ­лений. Такой способ доставки называли пневмопочтой. В 1840г. в Англии была построена первая двухкилометровая дорога, на которой 5-тонная тележка развивала скорость 72 км/ч, а в 1843 г. между Кин­гстауном и Далки (Ирландия) открылось регулярное движение 60-тонных составов по дороге в виде туннеля длиной 2,8 км. Тяговое усилие создавалось за счет перепада давления воздуха (с одной сто­роны туннель соединялся с атмосферой, на другой располагалась станция прибытия, где создавалось разряжение). В последующем по­добные, как их называли, «атмосферические» дороги были также построены во Франции, а максимальная дальность транспортировки достигла 33,6 км. Однако из-за многочисленных недостатков и невоз­можности решения ряда конструктивных проблем дороги вскоре были закрыты.

Сегодняшний интерес к контейнерному пневмотранспорту объясняется тем, что перевозка некоторых массовых грузов традици­онным транспортом стала обходиться в несколько раз дороже, чем их добыча или производство. Активные исследования в области КПТ для грузовых и пассажирских перевозок ведут фирмы Японии, США, ФРГ, Великобритании. Ведущее место в мире по созданию систем КПТ за­нимает наша страна. Так, в Японии действует система КПТ для доставки известкового щебня по трубопроводу длиной 3,2 км, диамет­ром 1000 мм, производительностью 2 млн. т/год и система для перемещения на 1,5 км гашеной извести по трубопроводу диаметром 600 мм, построенные по советской лицензии.

Система КПТ состоит из трубопровода, в котором под давлением воздуха, создаваемым головной и промежуточными воздуходувными установками, движутся контейнеры на колесном ходу, а также станций погрузки и выгрузки, системы управления и контроля, вспомогательного оборудования.

Системы КПТ классифицируются по способу создания пере­пада давления, по виду подвижного состава по конструкции ходовой части, по числу труб и т.д.

Перепад давления, необходимый для обеспечения движения контейнеров (около 10⁴Па), создается либо турбовоздуходувками, центробежными нагнетателями, компрессорами (напорная система),

либо вакуум насосам и (вакуумная система), либо комбинированно (напорно-вакуумная система). Для перевозки грузов на расстояния свыше 5 км более перспективными являются напорные системы КПТ.

Число воздуходувных станций зависит от производительно­сти системы, рельефа местности, характеристики воздуходувных афегатов. При равнинно-холмистом рельефе с уклонами не более 3 градусов и применении воздуходувных агрегатов, обеспечивающих избыточное давление до 10⁵ Па, расстояние между станциями состав­ляет от 5 до 15 км.

По виду подвижного состава различают отдельно перемеща­емые контейнеры и контейнерные поезда. Для предупреждения перетоков воздуха через зазор между контейнером и трубой исполь­зуются уплотнительные манжеты. В настоящее время разработаны конструкции контейнеров для транспорта сыпучих, жидких и круп­ных штучных фузов.

По конструкции ходовой части различают контейнеры на радиально расположенных массивных колесах, свободно перемеща­ющихся по внутренней поверхности трубы; с несущими колесными каретками, катящимися по одной или нескольким направляющим (рельсам); на воздушной подушке; с магнитным взвешиванием под­вижного состава.

По числу труб различают однотрубные, двухтрубные и мно­готрубные системы КПТ. В простейших однотрубных системах между расположенными по концам станциями нафузки и разфузки курсиру­ет один контейнер или состав. Его движение обеспечивает либо одна воздуходувная станция, работающая в одном направлении в напор­ном, а в другом - в вакуумном режиме, либо две головные станции, расположенные по концам трубопровода и работающие поочередно. При фузопотоках более 1 млн. т/год целесообразно применять двух­трубные и многотрубные системы КПТ. В двухтрубных системах по одному трубопроводу с заданным интервалом движутся один за дру­гим груженые контейнеры или составы, а по другому в противоположном направлении - порожние или с другим фузом. В многотрубных системах большая часть труб используется для достав­ки грузов в прямом направлении, а меньшая - для возвратного движения контейнеров. Надежность многотрубных систем КПТ выше.

В Грузии эксплуатируется построенная еще во времена СССР пневмоконтейнерная система для транспортировки строительных материалов «Лило-1» и «Лило-2». Установка «Лило-1» действует с 1971 г. и служит для доставки щебня, фавия и песка из карьера на бетонный завод на расстояние 2,2 км. Установка включает устройства зафузки контейнеров и их ввода в трубопровод, сам трубопровод ди-

444

445

аметром 1000 мм, а также устройство выгрузки контейнеров и их воз­врата на начальный пункт. Годовой объем перевозок составляет 640 тыс. т. Установка «Лило-2» пущена в 1980 г. По трубопроводу диамет­ром 1200 мм и длиной 17,5 км транспортируются щебень и песок на завод железобетонных конструкций. Грузы перевозятся в контейне­рах на колесном ходу, объединенных в поезда из 8 вагонов-контейнеров. За один рейс состав перевозит 40 т грузов. Для его движения со скоростью 40 км/ч достаточно избыточное давление бкПа.

Кроме того системы КПТ эксплуатируются в г. Волоколамс­ке Московской области (8 млн. т щебня и песка в год на расстояние 3 км) в г. Дзержинске Горьковской области (песок по трубопроводу ди­аметром 1220 мм на расстояние 7 км) и другие. Институтом ВНИПИтраснпрогресс подготовлено технико-экономическое обосно­вание строительства еще 12 систем контейнерного пневмотранспорта.